悬吊法加固围岩体系在锦屏一级水电站中的应用

2015-11-04许延波

建材与装饰 2015年40期

关键词：锦屏洞室尾水

许延波

（联建建设集团有限公司广东深圳　518048）

悬吊法加固围岩体系在锦屏一级水电站中的应用

许延波

（联建建设集团有限公司广东深圳518048）

锦屏一级水电站洞室群开挖后，在下部出现不同程度的塑性区，通过在母线洞-尾水管之间设置悬吊锚筋桩（锚索加固）加固，提高岩体的完整性与结构的整体性，起到了几何减跨作用，有效抑制了围岩变形，约束了岩体塑性区加深，保证了施工期洞室群稳定。

悬吊加固；锚筋桩；围岩；锦屏一级水电站

工程简介

锦屏一级水电站尾水连接管采用单机单管，布置于“三大洞室”的下部，开挖断面为城门洞型，厂横0+045.4m～厂横0+ 114.764m（N25°E）为渐变段，开挖尺寸为13.2m×16.5m～12.0m× 17.5m（宽×高），厂横0+114.764m至尾调室开挖断面为12.0m× 17.5m（宽×高），两管之间间距9.22～18.5m，为跨度的0.75～1.4倍；在立面上，与母线洞呈立体平行布置，两者之间围岩厚度约为17.3m为洞径的1.3～1.5倍；与主变室垂直立体交叉布置，两者之间围岩厚度约为21.6m，为洞径的1.6倍。

勘探及开挖显示母线洞围岩自里向外依次由第2、3、4层大理岩组成，尾水连接管主要由第2、3层大理岩组成，岩层走向与洞室轴线夹角较小。发育f14、f18等NE向断层，f14断层穿过3、4#母线洞和2、3#尾水连接管，f18断层和煌斑岩脉穿过6#母线洞和4～6#尾水管。优势裂隙为第①、②、④组。地应力高，在左侧顶拱和右侧边墙两个部位岩层劈裂片邦、弯折现象严重。根据2#尾水连接管中部地应力测试成果，σ1量值为25～30MPa，方向为N60～70°W，与洞向近垂直，倾角70～75°，σ2量值为19～22MPa，方向近EW，与洞向夹角小，倾角15～18°。

开挖程序及布置如图1所示。

1　悬吊加固方案的提出

尾水管位于三大洞室群的下部，高边墙效果显著，挖空率大，该部分洞室主要出露断层f14及层间挤压带gzb-1。层间结合较差，在高地应力作用下，围岩片邦、弯折破坏强烈，洞口段受开挖影响，岩体有一定松弛，对围岩稳定影响大。在主厂房Ⅷ、Ⅸ层开挖前，根据物探监测结果表明：主厂房的中部的岩体松动圈深度已达到12m以上，下游边墙的锚杆应力与围岩变形仍在不断增加。主厂房Ⅷ、Ⅸ层区域的岩体正位于松动塑性区的下部，特别是下游围岩又处于母线洞与尾水管之间，岩层厚度为25.0～ 17.0m，属三面临空（厂房下部机坑和尾水管的挖空率达到55%），这一部分的稳定对控制松动圈塑性区的进一步发展起到非常重要的作用，如果松动深度增加，有可能出现高边墙的支护体系崩溃，从而使厂房、主变室和尾水调压室三大洞室区域出现从局部失稳到整体失稳的破坏性后果。鉴于上述情况，通过特咨团专家决策后，设计院决定对该部位岩体进行局部加强支护。

2　母线洞-尾水管间悬吊支护设计

现代支护理论认为锚杆（索体）支护围岩具有三种功效：①悬吊，只考虑拉伸作用；②在锚固区内形成结构（梁、层、拱、壳）；③改善锚固围岩力学性能与应力状态[1～3]。通过锚筋桩悬吊加固，能够抑制围岩的不连续、不协调变形。本工程对母线洞～尾水连接管间岩体采用悬吊锚固设计，一方面利用杆体的抗拉强度，提供岩体变形产生的张力对破碎岩体进行悬吊加固；另一方面利用悬吊加固的减跨效应，确保岩体稳定。

图1　施工布置图

根据监测数据反馈分析情况，母线洞-尾水连接管采取的主要加固参数为：①对于1#、2#、5#尾水管在0+015.30m～0+ 030.00m范围内，从母线洞底板布置锚筋桩。支护参数如下：在桩号0+015.30～0+022.20范围内，3φ32锚筋桩@2.5m×1.5m布置3；在桩号0+022.20～0+030.00范围内，3φ32锚筋桩@2.5m×3.0m布置；在桩号0+030.00～0+060.20范围，设置对穿锚索，设计吨位1500kN，锁定吨位为1000kN，根据现场测量数据确定对穿锚索长度。②在3#、4#、6#母线洞的底部设置锚筋桩，具体支护参数如下：在桩号0+015.30～0+022.20范围内，φ32锚筋桩@2.5m× 1.5m布置；其余范围φ32锚筋桩@2.5m×3.0m布置，一束3根，在桩号0+015.30～0+045.40范围内锚筋桩长度L=17.5～25.0m，在桩号0+045.40～0+060.20m范围内L=17.5m[4]。

图2　母线洞与尾水管加固锚筋桩（锚索）平面布置图

图3　母线洞与尾水管加固锚筋桩（锚索）纵断面布置图

3　施工工艺及加固效果评价

锚筋桩施工采用轻型潜孔钻造孔，孔径以3φ32锚杆加注浆管外接圆为基础选择钻孔孔径，垂直母线洞底板岩面往下造孔。采用先插杆后注浆的施工工艺，布两个φ18mm进浆管，不设排气管，注浆管伸入孔底。杆体采用QY25t吊车辅助人工注装，利用横向钢筋在孔口锁定、固定，锚筋桩钢筋接头错开不小于1.5m。注浆时孔底采用预缩砂浆事先封堵，缓慢灌注，直至孔口满浆。

预应力锚索采用自由式单孔多锚头防腐性预应力锚索，该锚索对破碎软弱等复杂地层具有较好的适应性。采用DYD钻机垂直母线洞底板岩面往下造孔成形，利用简易葫芦辅助，人工从母线洞往下穿索。索体下端先固定在尾水管内搭设好的施工排架上，上端浇筑上部锚墩并用锚具固定，然后解开下端索体，浇筑下部锚墩并用锚具固定。最后在母线洞内从上部张拉完成灌浆。

从图4可以看出，在加强支护措施条件下，厂房下游围岩的变形趋势有很明显的减小，这说明加强支护措施对于改善围岩的变形、限制围岩的松弛变形有很明显的作用，有利于洞室群施工过程的围岩稳定性和施工安全。